非均相物系分離

1、第二章第二章 非均相物系分離非均相物系分離第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述1、相：體系中具有相同組成，相同物理性質(zhì)和相同化學性質(zhì)的均勻物質(zhì)。相與相之間有明確的界面。2、均相：凡物系內(nèi)部各處物料質(zhì)均勻而不存在相界面者，稱為均相混合物或均相物系。3、非均相：凡物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在，而界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同者，稱為非均相混合物或非均相物系。 非均相物系里，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)稱為分散物質(zhì)（或分散非均相物系里，處于分散狀態(tài)的物質(zhì)稱為分散物質(zhì)（或分散相），包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的流體，稱為分散介質(zhì)相），包圍著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的流體，稱為分散介質(zhì)（或連續(xù)相）。（或連續(xù)相）。4、非均相物系的分

2、離：通過機械方法分離非均相物系的單元操作。具體點講機械方法:沉降和過濾。概 念第一類是均相物系如混合氣體、溶液； 特征：物系內(nèi)各處性質(zhì)相同，無分界面。須用吸收、蒸餾等方法分離。第二類是非均相體系 液態(tài)非均相物系：固體顆粒與液體構(gòu)成的懸浮液；不互溶液體構(gòu)成的乳濁液； 氣態(tài)非均相物系：固體顆粒（或液體霧滴）與氣體構(gòu)成的含塵氣體（或含霧氣體）；氣泡與液體所組成的泡沫液等。特征：物系內(nèi)有相間的界面，界面兩側(cè)的物性截然不同。 （1）分散相：往往是液滴、霧滴、氣泡，固體顆粒。 （2）連續(xù)相：連續(xù)相若為氣體，則為氣相非均相物系。 連續(xù)相若為液體，則為液相非均相物系 化工生產(chǎn)中常遇到的混合物可分為兩大類混混合

3、合物物均相均相氣態(tài)氣態(tài)空氣、天然氣空氣、天然氣液態(tài)液態(tài)乙醇乙醇水、石油水、石油非均相非均相氣氣固固煙道氣煙道氣氣泡氣泡液體液體氣氣液液霧滴霧滴氣體氣體液液固固泥水、硫銨泥水、硫銨+母液母液液液液液牛奶、油牛奶、油水水固固固固煤矸石、金屬礦煤矸石、金屬礦1、回收分散物質(zhì)，如從母液中分離出晶粒；如從催化反應器出來的氣體中，往往帶有催化劑顆粒，必須把這些有價值的顆?；厥绽?。 2、凈化分散介質(zhì)，如除去含塵氣體中的塵粒；合成氨生產(chǎn)，半水煤氣中含有、灰塵等雜質(zhì)，為了防止合成觸媒中毒，必須將這些雜質(zhì)一一去除，以保證觸媒的活性。 3、勞動保護和環(huán)境衛(wèi)生等；對三廢：廢氣、廢液、廢渣的處理，地球由于被污染加劇,

4、環(huán)保越來越受到人們的重視。綜上所述,非均相物系分離的目的是除害收益。除害收益。 總之：以滿足工藝要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，保護環(huán)境，節(jié)約能源及提高經(jīng)濟效益。 非均相物系分離的目的1）重力沉降：微粒借本身的重力在介質(zhì)中沉降而獲得分離。2）離心分離：利用微粒所受離心力的作用將其從介質(zhì)中分離。亦稱離心沉降。此法適用于較細的微粒懸浮體系。3）過濾：使懸浮體系通過過濾介質(zhì)，將微粒截留在過濾介質(zhì)上而獲得分離。4）濕法凈制：使氣相中含有的微粒與水充分接觸而將微粒除去。5）電除塵：使懸浮在氣相中的微粒在高壓電場內(nèi)沉降。 常用分離方法第二節(jié)第二節(jié) 過過 濾濾過 濾 過濾是以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)來處理懸浮液

5、的操作：在外力的作用下，懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道而固體顆粒被截留下來，從而實現(xiàn)固、液分離。 過濾方式（1）深層過濾又稱澄清過濾。條件：懸浮液含顆粒小，而含量少（液體中顆粒的體積0.1%）時，可用床層較厚的過濾介質(zhì)進行過濾。由于dp介質(zhì)孔隙直徑，當懸浮顆粒進入床層年細長而彎曲的孔道時，靠靜電及分子力的作用而附在孔道壁上，過濾介質(zhì)床層上面沒有濾餅形成。 懸浮液 過濾介質(zhì) 濾液 （2）濾餅過濾條件：dp介質(zhì)孔隙直徑，床層上形成濾餅； dp介質(zhì)孔隙直徑，但床層內(nèi)有“架橋現(xiàn)象”；在濾餅層沒有完全形成之前，部分顆粒會隨濾液一起流走。在濾餅層形成成為有效的過濾介質(zhì)后，得到澄清液。適用于顆粒含量較多（液體

6、中顆粒的體積0.1%）時 架橋現(xiàn)象 過濾示意圖作用使液體通過而截留固體顆粒。選擇根據(jù)液體的性質(zhì)（酸、堿性），顆粒含量及粒度，操作p，T，介質(zhì)機械強度等 （1）織布介質(zhì)棉、麻、絲、毛制的濾布，金屬絲網(wǎng)濾布；可截留565m的顆粒。 （2）堆積的粒狀介質(zhì)砂、木炭等，用于深層過濾， （3）多孔性介質(zhì)陶瓷、塑料、金屬等粉末燒結(jié)成型的多孔性板狀、管狀介質(zhì)，可截留13m的微細顆粒。 過濾介質(zhì)過濾介質(zhì) 助濾劑使用前提顆粒細，容易堵死過濾介質(zhì)的孔隙；所形成的濾餅在壓差的作用下，孔隙變小，阻力增大，使過濾困難。 作用將某種質(zhì)地堅硬的固體混入懸浮液中或預涂于過濾介質(zhì)上，以形成疏松餅層，使濾液暢流。這種固體稱助濾劑。

7、 常用助濾劑硅藻土，珍珠巖，石棉，炭粉等；添加量為顆粒量的0.5%以下。 板框過濾機過濾設備板框過濾機板框過濾機第三節(jié)第三節(jié) 沉沉 降降 流體以一定的速度繞過靜止顆粒時，或者固體顆粒在靜止流體中移動時，流體對顆粒的作用力阻力Fd 22uAFdA顆粒在運動方向上的投影，dp2u相對運動速度阻力系數(shù)， =（Re）=（dpu/）（實驗測定）層流區(qū)：Re2， =24/Re Stokes區(qū)過渡區(qū)：Re=2500， Allen區(qū)湍流區(qū)：Re=500-2105，0.44 Newton區(qū)Re10顆粒和流體相對運動時所受到的阻力 重重 力力 沉沉 降降自由沉降對于單一顆粒在流體中的沉降或者顆粒群充分地分散、顆粒

8、間互不影響，不致引起相互碰撞的沉降過程。 1加速階段 沉降開始時，顆粒初速度為零， 顆粒受重力和浮力的作用，合力不為零， 產(chǎn)生加速度。 2勻速階段 隨著速度加快，阻力增加，當合力為零時，顆粒將發(fā)生勻速運動，勻速階段中顆粒相對于流體的運動速度稱為沉降速度ut. 球形顆粒的自由沉降 球形顆粒的自由沉降重力：浮力：阻力： gdFppg36gdFpb362422udFpd整理后得： 243)(udgdtdupppp在du/dt=0，u=ut 3)(4gduppt由牛頓第二定理F=ma Fg-Fb-Fd=mdu/dt FbFdFg球形顆粒的自由沉降3)(4gduppt=（Re），將不同的帶入ut，可得各種流動狀態(tài)下的ut的計算式： 18)(2gdupptpptdgu3122225)(4pptdgu)(3層流區(qū)：Re2， 過渡區(qū)：Re=2500，湍流區(qū)：Re=500-2105， 可見： ut=f（dp，p，）， dp，p，ut ，ut（層流區(qū)，過渡區(qū)） 球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降適合范圍：光滑的球形顆粒。影響沉降速度ut的因素：1顆粒形狀，偏離球形越大，阻力越大；通過沉降速度